Вибростенд

 

ВИБРОСТЕНД, содержащий задающий генератор, последовательно соединенные усилитель мощности, вибратор, вибропреобразователь, согласующий усилитель и среднеквадратичньй детектор, отличающийсятем, что, с целью повышения точности вибростенда, он содержит резистивную матрицу типа R -2R , переключатели, масштабный усилитель, двоичный реверсивньш счетчик, элементы И, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, два компаратора, два одновибратора, генератор пилообразного напряжения и блок памяти. Причем первьш выход задающего генератора соединен с первыми входами переключателей и через первьш одновибратор с входом генератора пилообразного напряжения, выход которого соединен с первыми входами первого и второго компараторов , вторые входы которых связаны соответственно с источником опорного напряжения и выходом блока памяти, а выходы - с входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого подключен к первому входу элемента И, соединенного вторым входом с шиной тактовых импульсов, а выходом со счетным входом двоичного реверсивного счетчика, управляющий вход которого связан с выходом .первого (Л компаратора, а выходы - с управляющими входами переключателей, вторые входы которых соединены с корпусной щиной, а выходы - с управлякмаи№1 входами резистивной матрицы типа 1 -2 R , первьй вывод последовательной цепи резисторов которой подключен к корпусной шине, а последний к входу масштабного усилителя, соеел диненного выходом с входом усилителя мощности, второй выход задаю05 щего генератора связан через второй о одновибратор с входом установки ,в N3 О блока памяти, вход которого соеет динен с выходом среднеквадратичного детектора.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4(51) С 05 Р 19/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

„1

Н АВТ0РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3677401/24 — 24 (22) 15.12.83 (46) 15.05.85. Бюл. ¹ 18 (72) В.Д. Гусев и В.Н. Морозов (71) Специальное конструкторское бюро "Виброприбор" (53) 62-50(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 495650, кл. С 05 D 19/02, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР № 734629, кл. С 05 D 15/00, 1978 (прототип).

3. Кривицкий Б.X., Салтыков Е.Н.

Системы автоматической регулировки усиления. М., Радио и связь, 1982, с. 45. (54)(57) ВИБРОСТЕНД, содержащий задающий генератор, последовательно соединенные усилитель мощности, вибратор, вибропреобразователь, согласующий усилитель и среднеквадратичный детектор, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности вибростенда, он содержит резистивную матрицу типа

R -2 R переключатели, масштабный усилитель, двоичный реверсивный счетчик, элементы И, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, цва компаратора, два одновибратора, генератор пилообразного напряжения и блок памяти, причем первый выход задающего генератора соединен с пер„„зо„,дшбо26 а выми входами переключателей и через первый одновибратор с входом гене— ратора пилообразного напряжения, выход которого соединен с первыми входами первого и второго компараторов, вторые входы которых связаны соответственно с источником опорного напряжения и выходом блока памяти, а выходы — с входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого подключен к первому входу элемента

И, соединенного вторым входом с шиной тактовых импульсов, а выходом— со счетным входом двоичного реверсивного счетчика, управляющий вход которого связан с выходом первого компаратора, а выходы — с управляющими входами переключателей, вторые входы которых соединены с корпусной шиной, а выходы — с управляющими входами резистивной матрицы типа

g -2 К, первый вывод последовательной цепи резисторов которой подключен к корпусной шине, а последний к входу масштабного усилителя, соединенного выходом с входом усилителя мощности, второй выход задающего генератора связан через второй одновибратор с входом установки в

"0" блока памяти, вход которого соединен с выходом среднеквадратичного детектора.

1156026

40

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытаний объектов на гармонические вибрации с фиксированной или непрерывно меняющейся частотой.

Известен вибростенд, у которого компрессия возбуждающего сигнала (при стабилизации колебаний стола по некоторому параметру, например, по виброускорению) осуществляется различными способами. Например, в устройстве (1) используется электромеханический способ: уровень сигнала изменяется с помощью потенциометра, лодви>кный контакт которого подключен к входу объекта регулирования и механически соединен с валом двигателя, перемещающего контакт на величину разности фактического и заданного напряжений.

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности вибростенд (2), у которого компрессия сигнала осуществляется с помощью двузатвор— ного полезного транзистора. На первый затвор полевого транзистора (МОП-тетрода) поступает сигнал возбуждения от задающего генератора, на второй затвор приходит сигнал с выхода элемента сравнения, Каскад на полевом транзисторе повторяет сигнал, подаваемый на первый затвор, с коэффициентом передачи, пропорциональным напряжению второго затвора.

Как известно (ЗД, полевой транзистор может обеспечить линейность регулировки сигнала в диапазоне, не превышающем 40 дБ. Этот диапазон оказывается недостаточным, если требуется, например, осуществить сканирование в пределах изменения частоты от 20 до 20000 Гц при постоянном значении одного из вибрационных параметров. Статический метод регулирования, использованный в указанном стенде, не допускает отступления от линейности регулировочной характеристики компрессора, на которую могут влиять различные дестабилизирующие факторы, например изменение нагрузки на стенд или зависящие от частоты явления (например, субрезонансные). С их появлением значение стабилизируемого параметра резко изменяется, что приводит к ухудшению точности воспроизведения вибростола. Поскольку

40 дБ — предельное значение диапазона линейности, точность регулировки вибрации, определяемая отношением разности фактического и заданного уровней к заданному уровню вибрации, в данном стенде даже при идеальных условиях эксплуатации »е лучше 17.

Цель изобретения — повышение точности вибростенда путем повышения точности воспроизведения вибрации. !!оставленная цель достигается тем, что вибростенд, содержащий задающий генератор, последовательно соединенные усилитель мощности, вибратор, вибропреобразователь, согласующий усилитель и среднеквадратичный детектор, содержит резис— тивную матрицу типа !!-2, переключатели, масштабный усилитель, двоичный реверсивный счетчик, элементы И, ИСКЛЮЧАЮ!!!ЕE ИЛИ, два ком— паратора, два одновибратора, генератор пилообразного напряжения и блок памяти, причем первьп выход задающего генератора соединен с первыми входами переключателей и через первый одновибратор с входом генератора пилообразного напряжения, выход которого соединен с первыми входами первого и второго компараторов, вторые входы которых связаны соответственно с источником опорного напряжения и выходом блока памяти, а выходы — с входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого подключен к первому входу элемента

И, соединенного вторым входом с шиной тактовых импульсов, а выходом — со счетным входом двоичного реверсивного счетчика, управляющий вход которого связан с выходом первого компаратора, а выходы — с управляющими входами переключателей, вторые входы которых соединены с корпусной шиной, а выходы — с управляющими входами резистивной матри— цы типа К -2 g первый вывод последовательной цепи резисторов которой подключен к корпусной шине, а последний — к входу масштабного усилителя, соединенного выходом с входом усилителя мощности, второй выход задающего генератора связан через второй одновибратор со входом установки. в "0" блока памяти, вход которого соединен с выходом среднеквадратичного детектора.

1156026

30 момент появления попожительной полуволны сигнала на фазоинверсном выходе генератора 14. Перепад зна- 50 ка полуволны служит толчком для выдачи одновибратором 10 короткого импульса, устанавливающего блок в "О".

После обнуления блок памяти 6 запоминает новое значение сигнала за время, не прс пьянеющее полонины периода. Через полпериода положи—.На фиг. 1 показана функциональная схема вибростенда; на фиг.. 2 временная диаграмма.

Вибростенд содержит усилитель 1 мощности, вибратор 2, вибропреобра— зователь 3, согласующий усилитель-4, среднеквадратичный детектор 5, блок памяти 6, масштабный усилитель 7, резистивную матрицу 8 типа К -2 к

7 одновибраторы 9 и 10, переключате— ли 11-13, задающий генератор 14, генератор 15 пилообразного напряжения, двоичный реверсивный счетчик

16, элемент И 17, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 18, компараторы 19 и 20 (соответственно первый и второй) и источник 21 опорного напряжения.

Источником сигнала возбуждения вибростенда является задающий генератор 14. Он вырабатывает гармони— ческий сигнал с максимально допус— тимой по условиям работы стенда амплитудой и подает его на свой прямой первый выход. Одновременно такой же по форме, но сдвинутый на полпериода по фазе сигнал поступает па фазоинверсный второй выход генератора, Сигнал, снимаемый с прямого выхода, обрабатывается компрессорной системой (элементы

11 — 13, 8 и 7) и затем передается в силовую часть устройства на вход усилителя 1 мощности. Усилитель 1 мощности приводит в действие вибра— тор 2, который раскачивает стол 35 вибростенда. Закрепленный на столе вибропреобразователь 3 формирует информационный сигнал, по которому стабилизируются механические колебания. Этот сигнал повторяется 40 согласующим усилителем 4 и подается на среднеквадратичный детектор 5, вычисляющий его текущее среднеквадратичное значение. Блок памяти 6 запоминает среднеквадратичное значе- 45 ние, выбираемое однократно в течение периода. Началом периода считается тельная полуволна сигнала появляется на прямом выходе генератора 14 и вызывает аналогичное срабатывание одновибратора 9. В результате на запускающий вход генератора 15 пилообразного напряжения проходит импульс, по которому однократно стартует процесс линейного нарастания выходного уровня напряжения ("пилы"). Компараторы 19 и 20 сравнивают пилу с опорным и фактическим уровнями возбуждения, а логические элементы 18 и 17 определяют в импульсно-временной форме разность этих уровней и, воздействуя на счетчик 16 компрессорной системы, стремятся свести указанную разность к нулю.

Как видно из эпюр на фиг. 2, начало второй половины каждого периода прямого сигнала U „ сопровожда— ется импульсом U одновибратора 9, с момента возникновения которого среднеквадратичное значение U6 сигнала вибропреобразователя 3 считается записанным в блок 6. Значение

U6 может быть равным опорному зна— чению U< которое задается оператором в качестве номинального уровня возбуждения, или отличаться от него

Допустим, что для некоторого, М вЂ” го, периода сигнала U характерно соотношение U< - 02, свидетельствующее о недовозбуждении стенда.

В результате, пила V достигнет значения U6 раньше, чем опорного уровня U< . Как только произойдет совпадение U6 и U (это случится в момент дц), компаратор 20, сравнивающий эти величины, начнет выдавать единичный логический сигнал на вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ 18. Элемент 18 будет повторять эту "1" на выходе (U® = 1) до тех пор, пока не произойдет совпадение величин U, и Ugj на компараторе

19, то есть пока U будет оставаться равным нулю. Сигнал U>< = 1 разрешит прохождение тактовых импульсов ТИ через элемент И 17 на счетный выход двоичного реверсивного счетчика 16. В то же время нулевое значение 0<,1 будет задавать режим суммирования счетчику 16 по его управляющему входу. Как тольU 5 popacTe r до уровня Нг! (момент t <„„), сработает компара1156026 тор 19 и на другом входе элемента

18 появится сигнал U = 1. В результате П примет значение "0", элемент И 17 запрется и счет импульсов Ut> прекратится. Таким образом, код счетчика 16 возрастет на величину, прямо пропорциональную разности „ -t 2O и зависящую непосредственно от степени рассогласования уровней U и U,, При соотношении Ц > U например,в N — м периоде интенсивность колебаний вибростенда будет выше нормы, и тогда первым сработает компаратор 19 (момент t <«), единичный сигнал которого задаст режим вычитания счетчику 16 и по цепи элемента 18 разрешит прохождения импульсов ТИ через элемент И 17. Счетчик

16 будет регистрировать эти им уль— сы до тех пор, пока не сработает компаратор 20, и уменьшит таким образом свое содержимое на величину, пропорциональную разности 1 „,„ — t

В случае нормального возбуждения стенда (U<-U, ) оба компаратора 19 и 20 будут срабатывать одновременно, в результате код счетчика 16 не изменится.

Знаками "+" и "-" на фиг. 2 обозначены области суммирования ч вы— читания импульсов счетчика 16.

Элементы 11 — 13, 8 и 7 образуют компрессор, структурно напоминающий цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), но имеющий два принципиальных отличия от него: во †перв, переключатели 11 — 13 должны быть расчитаны на коммутацию биполярного сигнала, что не обязательно для

ЦАП, преобразующего модульную часть кода в напряжение одного знака; во-вторых, уровень выходного сигнала компрессора зависит не только от величины управляющего кода, но и от напряжения на первых подключенных к выходу задающего генератора входах переключателей 11 — 13 в ЦАП на эти входы подают строго стабилизированное постоянное напряжение т.е. если ЦАП вЂ” двухполюсник, то компрессор — трехполюсник.

С помощью компрессора осуществляют управление вибростендом.

Возбуждающий сигнал на выходе масштабного усилителя 7 определяется произведением трех величин: напряжения генератора 14, кода счетчика

ЗО

16 и масштабного коэффициента усилителя 7. Зависимость сигнала возбуждения от кода счетчика 16 реализует резистивная матрица 8 типа

К -2 К . Поскольку цепочка резисторов матрицы 8 является линейной цепью, ее работу можно проанализйровать методом суперпозиции: рассчитывая вклад в выходной сигнал компрессора от каждого разряда в отдельности, определить результат как общую сумму вкладов. Для этого звено 2 I(рассматриваемого разряда необходимо считать подключенным к выходу генератора 14 (соответствующим переключателем), а остальные звенья — к шине "0 . Тогда становится очевидным, что эквивалентное сопротивление цепи со стороны младших разрядов равно 2 8,,со стороны старших разрядов эквивалентное сопротив- ление цепи также равно 2 К, если входной вывод операционного усилителя, использованного в масштабном усилителе 7, фактически имеет потенциал корпуса (равен нулю); ток остается одинаковым независимо от веса разряда, составляющая данного тока, обтекающая резистор, подключенный к масштабному усилителю (суммирующий резистор), прямо пропорциональна двоичному весу разряда.

Следовательно, сумма токов от всех единичных разрядов, а значит, падение напряжения на суммирующем резисторе и выходное напряжение компрессора оказывается пропорциональным значению кода на выходе счетчика 16. Увеличение или уменьшение этого кода вызывает соответственно усиление или ослабление . сигнала возбуждения, передаваемого компрессором на силовую часть устройства. В результате амплитуда

Ц сигнала вибропреобразователя 3 стабилизируется на уровне U с высокой точностью.

Точность воспроизведения вибрации в предлагаемом устройстве зависит от количества разрядов матрицы 8 и может иметь значение 0,1-0,017, лри использовании резистивных матриц типа К312НР12 (десятиразрядных), КЗ 13НР 1 (двенадцатиразрядных), а в качестве переключателей — реле

Р3С55 или пар аналоговых ключей типа К284КН1, объединенных по схемам переключателей.

1 156026

; В существующих стендах точность воспроизведения вибрации нормируется в пределах 10-207, так как статическая система регулирования вибрации подвержена неблагоприятным внешним влияниям. Предлагаемый вибростенд более устойчив, так как реализует эстетическое регулирование, компенсируя уход стабилизируемого параметра

U от заданного уровня Uz независимо от причины, которая его вызвала.

Кроме того, изменение частоты тактовых импульсов ТИ на входе элемента И 17 эквивалентно изменению постоянной времени усреднения фильтра в устройстве-прототипе, при этом, так как частота "пилы" синхронно повторяет частоту задающего генератора,то усреднение в предложенном устройстве характеризуется не абсолютным временем, а числом периодов.

1156026

/Ч-и перипд

N-б период

016 20pf 19 еч гон

Редактор М.Дылын

Заказ 3144/44

Составитель Л.Цаллагова

Техред О.Ващишина Корректор F..ÑHðîõìàí

Тираж 863 Подлисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ЛЛЛ "Патент", r. Ужгород, ул. Проект»ая,